(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部の一端に不活性ガスを供給するための偏平な噴出スリットを有する噴出ノズルを備え、上記噴出ノズルと相対する位置に噴出量の０．７〜０．９倍の吸引量の上記不活性ガスを吸い込むための偏平な吸込スリットを有する吸込ノズルを備え、上記不活性ガスの流量が１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎであり、
上記噴出ノズルと上記吸込ノズルが、溶融合金の浸漬ノズルに相対する位置であるモールド中央近傍でそれぞれ２分割されていることを特徴とする溶融合金のシール装置。 
【請求項２】
前記噴出ノズルの噴出スリット高さおよび前記吸込ノズルの吸込スリット高さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶融合金のシール装置。 
【請求項３】
溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部の相対する両端に０．２：０．８〜０．５：０．５の量比でそれぞれ不活性ガスを供給するための偏平な噴出スリットを有する噴出ノズルを備え、上記不活性ガスの流量が１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎであり、
上記噴出ノズルが、溶融合金の浸漬ノズルに相対する位置であるモールド中央近傍でそれぞれ２分割されていることを特徴とする溶融合金のシール装置。
【請求項４】
前記噴出ノズルの噴出スリット高さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の溶融合金のシール装置。
【請求項５】
前記不活性ガスは、Ａｒであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶融合金のシール装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の溶融合金のシール装置を連続鋳造の鋳造開始時に用い、モールドに保持された溶融合金を大気から断気することを特徴とする連続鋳造開始時の断気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融合金を大気と断気するためのシール技術に係り、そのシール装置を用いて溶融合金の酸化および窒化を抑制する。特に、溶融合金の連続鋳造において鋳造開始時の断気方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融合金はその金属の種類によっては、非常に大気と反応しやすい場合がある。具体的には、溶融状態の鋼、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ基合金などは、溶融状態で１４００℃以上の高温を保つために、溶融合金の表面が大気に暴露された状態では、酸化しやすい状態にある。また合金中にＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉなどの活性元素が添加されていると、これらが優先して大気中の酸素や窒素と反応して、それぞれ酸化物や窒化物を形成する。これらの酸化物や窒化物は大型の非金属介在物となり、溶融合金中に巻き込まれると、鋳造工程を経た鋳造品にて疵となってしまう場合がある。
【０００３】
そのため、溶融合金の表面が極力大気に曝露されないよう種々の方法が研究されており、鋼の連続鋳造の分野では、タンディッシュのシール技術は幾つか開示されている。タンディッシュの不活性ガスのシール技術は、蓋が比較的容易に設置できるという理由から、容易でありなおかつ効果も高いために、すでに一般的な技術となっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、タンディッシュから連続鋳造鋳型に溶融合金を導くための浸漬ノズルのスライディングゲート部をシールする技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、連続鋳造鋳型を不活性ガスでシールする技術も幾つか示されている（例えば、特許文献５〜７参照）。
【０００５】
特許文献５に記載の技術は、鉄鋼製の箱をダミーバーの上に設置し、そこに不活性ガスを導入することで断気し、鋳造を開始する技術である。鋳造後、非定常部である箱を除去し、欠陥部を製品にもたらさないことを特徴としている。しかしながら、鉄鋼製の箱を鋳造に合わせて毎回作製することが必要となり、また、その鉄鋼製箱をセットする段取り作業をも要し、コストや工程数が増大して非現実的と言える。
【０００６】
特許文献６に記載の技術は、タンディッシュ下面と鋳型を遮蔽板で覆い、そこに活性ガスを導入することで断気し、鋳造を開始する技術である。この技術も、遮蔽板の設置に手間取るという問題があり、さらに、遮蔽板によって溶融合金上部を覆ってしまうため鋳造開始時に直接溶融合金が監視できず、ダミーバー（スラブ）の引き抜きスタートの号令のタイミングを見定めるのが困難であったり、非常時に対応できないなど問題が多く、非現実的であった。
【０００７】
特許文献７に記載の技術は、鋳型上面を蓋で覆い、その上で、不活性ガスを鋳型に導入し断気しながら、鋳造を開始する技術である。この技術によれば溶融合金上部が不活性ガスで置換されて好ましいものの、やはり、鋳造開始時に直接溶融合金が監視できないため、特許文献６に記載の技術と同様、非現実的であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３９５０５号公報
【特許文献２】特開平７−２０４８０８号公報
【特許文献３】特開平８−２５７７０８号公報
【特許文献４】特開２００２−１４３９９４号公報
【特許文献５】特開昭５９−４５０６４号公報
【特許文献６】特開昭６０−６２５３号公報
【特許文献７】特開平１０−３１４９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したとおり、大気の接触による溶融合金の酸化、窒化の抑制はかねてからの課題であり、不活性ガスによるシール方法が採用されてきた。特に、蓋をしやすく、容器を密閉しやすい場合には、蓋と不活性ガスの組み合わせの効果によって、ある程度シールが保たれていた。
【００１０】
しかしながら、蓋の設置が構造上難しい連続鋳造機の鋳型は、鋳造開始時に溶融合金を注ぎ込む工程があるため、上部に蓋をすると作業性を悪化させていた。
【００１１】
したがって、本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶融合金に接触する大気を不活性ガスでパージして、蓋をせずともシールを保つことを可能とする溶融合金のシール装置を提案することである。さらに、本発明は、このシール装置を用いた連続鋳造の鋳造開始時の断気方法も提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部の一端に不活性ガスを供給するための偏平な噴出スリットを有する噴出ノズルを備え、上記噴出ノズルと相対する位置に噴出量の０．７〜０．９倍の吸引量の上記不活性ガスを吸い込むための偏平な吸込スリットを有する吸込ノズルを備え、上記不活性ガスの流量が１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎであり、上記噴出ノズルと上記吸込ノズルが、溶融合金の浸漬ノズルに相対する位置であるモールド中央近傍でそれぞれ２分割されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部の相対する両端に０．２：０．８〜０．５：０．５の量比でそれぞれ不活性ガスを供給するための偏平な噴出スリットを有する噴出ノズルを備え、上記不活性ガスの流量が１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎであり、上記噴出ノズルが、溶融合金の浸漬ノズルに相対する位置であるモールド中央近傍でそれぞれ２分割されていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明の連続鋳造開始時の断気方法は、上記の溶融合金のシール装置を連続鋳造の鋳造開始時に用い、モールドに保持された溶融合金を大気から断気することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のシール装置を合金の連続鋳造の鋳造開始時に用いることで、溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止できるため、鋳造初期の非定常部の歩留まりを改善でき、品質の向上と製造コストの低減に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本願発明の好ましい実施形態について図面を用いて以下に説明する。
１．連続鋳造工程
本願発明のシール装置を適用することができるＣＣＭ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ、連続鋳造機）の模式図を図１に示す。図１に示す鋳造機は、溶融合金が上方から供給されてスラブが下方へ送出される垂直型の鋳造機である。本発明は、鋳造開始時のスタートのシール技術であるので、連続鋳造機の型、すなわち垂直型、湾曲型、垂直曲げ型など型式は限定されるものではない。
【００１７】
まず、図示しない電気炉等で、原料を溶解する。その後、精錬工程として、脱炭、脱酸、脱硫を行い、取鍋精錬にて温度調整を行う。次に、図１に示すＣＣＭで溶融合金を鋳造し、スラブを製造する。図１において符号１０は取鍋であり、取鍋１０に、上記溶解工程と精錬工程を経た溶融合金２０を出鋼する。続いて溶融合金２０は、取鍋１０の下流側に設けられたタンディッシュ１１を経て、モールド１５に供給されて型入れされる。型に注湯された溶融合金２０は、モールド下側に設けられたスプレー冷却帯１７を通過することによって凝固させられつつ、ピンチロール１８によって引き抜かれて所定の厚さを有するスラブ２１が得られる。スラブ２１は、所定の位置にてトーチ１９によって切断される。以上は、鋳造開始後一定時間が経過した、鋳造の定常状態である。
【００１８】
続いて、連続鋳造のスタートについて説明する。図２は、上記連続鋳造機のスタートのセッティング状態であり、タンディッシュ１１とモールド１５部分をより詳細に示した拡大図である。タンディッシュ１１に保持された溶融合金２０は、ストッパー１４を制御することによって浸漬ノズル１２を経由して吐出孔１３から、モールド１５内に供給される。符号１６はシール材で、溶融合金が漏れ出さないようにシールする部材である。モールド１５内に所定量の溶融合金２０が注湯された後、ダミーバー２２（ピンチロール１８までセットされている）を鋳造方向（図において鉛直下方向）に引き抜いて鋳造を開始し、ダミーバー２２の引き抜きと共に溶融合金２０を供給し続けることで、連続的にスラブを鋳造する。
【００１９】
スタート前は、モールド１５内は大気で満たされており、溶融合金２０をモールド１５内に注湯する際、溶融合金２０が酸素や窒素を巻き込む。また、注湯開始からダミーバー２２を引き抜き始め、モールドパウダーを投入するまでの間に溶融合金２０の液面が大気に曝され続けることによって酸化物や窒化物が生成し、製造後のスラブの品質を悪化させることは既に述べたとおりである。本発明は、鋳造スタート時にモールド１５の上部にシール装置を設けることによって、溶融合金と大気の接触を抑制するものである。以下、本発明のシール装置について詳細に説明する。
【００２０】
２．シール装置
図３は、本発明の一実施形態に係るシール装置を連続鋳造機のモールドに設けた状態を示す模式断面図である。なお、図３は、図２において方向Ａから見た図である。モールド１５の上端開口部の片側には、配管に接続され偏平形状の噴出ノズル３１が設けられており、その相対する位置には、同じく配管に接続され偏平形状の吸込ノズル３２が設けられている。図３に矢印で示すように、不活性ガスは、噴出ノズル３１から噴き出された後、大部分はそのまま吸込ノズル３２に吸い込まれ、一部はモールド１５内部まで入り込む。このとき、両ノズル３１および３２は偏平形状であるので、噴き出されて吸い込まれる不活性ガスは、平面状に流れ、不活性ガスカーテンとして機能し、モールド１５の内部と外界をシールすることができる。また、モールド１５内に入り込んだ一部の不活性ガスは、大気を追い出し、モールド１５内を不活性ガス雰囲気に置換することができる。
【００２１】
ここで、吸込ノズル３２が吸い込む不活性ガスの量（排気量）は、噴出ノズル３１からの噴出量の０．７〜０．９倍が好ましい。この範囲にすることによって、吸い込まれずに残留した不活性ガスをモールド内に滞留させ、大気から溶融合金をシールさせることができる。上記排気量比が０．７未満であると、モールド内に不活性ガスが十分潜り込まないので好ましくない。一方、排気量比が０．９を越えると、供給した不活性ガスのほとんどが排気されてしまい、モールド内に滞留して大気をシールするための十分な不活性ガス量を確保できない。
【００２２】
噴出ノズル３１と吸込ノズル３２は、モールドの幅、全幅に一体型であっても分割されていてもよい。以下にその態様の一例を示す。
【００２３】
図４（ａ）は、図３を上方から鉛直下方（方向Ｂ）に見た図で、ノズルがモールドの全幅に一体型の場合を示す。噴出ノズル３１から不活性ガスが供給され、相対する吸込ノズル３２で排気される。
【００２４】
図４（ｂ）は、図３を上方から鉛直下方（方向Ｂ）に見た図であって、噴出ノズル３１および吸込ノズル３２がそれぞれモールド１５の中央近傍で二つに分割されており、それぞれ相対する一対にて不活性ガスが噴き出されて吸い込まれる。この型式は図４（ａ）に示すものとは異なり、モールド１５の中央近傍に配された浸漬ノズル１２に不活性ガスが当たることが抑制される。浸漬ノズル１２は、高温の溶融合金を保持しているためにそれ自体が高温であり、これが不活性ガスによって冷却されることにより急激な温度変化によって浸漬ノズル１２内の溶融合金が凝固したり浸漬ノズル１２自体が破損することを防止する。
【００２５】
図５は、本発明の他の実施形態に係るシール装置を連続鋳造機のモールドに設けた状態を示す模式断面図である。図５は、図３における吸込ノズル３２の代わりに噴出ノズル３１を用い、噴出ノズル３１同士を相対させた形態である。この実施形態では、図５に矢印で示すように、不活性ガスは、相対する噴出ノズル３１から噴き出された後、不活性ガス同士が衝突するので、不活性ガスカーテンとして機能して大気をシールすることができる。また、衝突した不活性ガスの一部はモールド１５の上方へ拡散し、一部はモールド１５内に入り込み、大気を追い出すので、モールド１５内を不活性ガス雰囲気に置換することができる。図上、不活性ガスの供給量は左右のバランスとして、合計量を１として０．２：０．８〜０．５：０．５が好ましい態様である。
【００２６】
噴出ノズル３１は、モールドの幅、全幅に一体型であっても分割されていてもよい。以下にその態様の一例を示す。
【００２７】
図６（ａ）は、図５を上方から鉛直下方（方向Ｃ）に見た図で、全幅に一体型の場合である。相対する噴出ノズル３１から不活性ガスが供給される。
【００２８】
図６（ｂ）は、図５を上方から鉛直下方（方向Ｃ）に見た図であって、噴出ノズル３１がそれぞれモールド１５の中央近傍で二つに分割されており、それぞれ相対する一対にて不活性ガスが噴き出される。このように変更することによって、浸漬ノズル１２に不活性ガスが当たることが抑制され、浸漬ノズル１２内の溶融合金が凝固したり浸漬ノズル１２自体が破損することを防止することは、図４（ｂ）と同様である。
【００２９】
続いて、上述した溶融金属と大気の接触による問題を解決するために、本発明者らが鋭意行った実験、およびその実験と併せて行った計算シミュレーションについて、以下に説明する。
【００３０】
まず、実験室において２０ｋｇの高周波誘導炉を用いてＳＵＳ３０４（Ｆｅ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ｎｉ）を溶解した。るつぼにはマグネシアを用い、Ａｌを０．１％添加して溶融合金を脱酸した。フリーボード（溶融合金上面からるつぼ上面までの空間）にＡｒガスを吹き付けて、連続的に酸素濃度計でフリーボードの雰囲気の酸素濃度を測るというシール実験を行った。ここでは、るつぼ上面に蓋をして機密性を維持した。そうしたところ、酸素を１０ｖｏｌ％以下に低下させると、溶融合金表面に形成するスカム（溶融合金が酸化した滓）が無くなることがわかった。ただし、実験後の鋼塊を調査したところ、１００μｍを超えるような大型の非金属介在物は存在していた。
【００３１】
さらに、雰囲気の酸素を５％以下まで低下させると、１００μｍを超えるような大型の非金属介在物も無くなることが明らかとなった。この予備実験から、シール技術の目標を酸素濃度で１０％以下必須、最終的ターゲットを５％以下と定めた。もちろん前提条件は、上記したとおり、作業性を阻害しないために「蓋なし」である。
【００３２】
続いて、実機的なレベルでの実験に移行した。まず、溶融合金を介さない冷間実験を実施した。まず従来条件での測定を行い、ベンチマークとした。溶融合金保持容器やモールド内をシールするために、内径３．１７ｍｍ（一分）のストレート型ノズルを用いてＡｒガスを吹き込んでいた。
【００３３】
その結果、シールするべき空間の酸素濃度は、１８〜２０％とほとんど大気と変わらないことが判明した。まずはストレート型ノズルを２個にしてシールを試みたが、酸素濃度は１６％ほどまでしか低下せず、狙った効果は得られなかった。この理由を、計算シミュレーションにより鋭意解析したところ、Ａｒで直線的な強い流れを作ると、その流れにつられて大気も引き込まれてしまうことがわかった。
【００３４】
そこで、種々のノズル形状を考案して検討したところ、一方に偏平な噴出ノズルを置き、もう一方に相対する偏平な吸込ノズルを置いた構造であると、シールがうまくいくことが分かった。さらに、冷間において、早期にパージを行ってモールド内を不活性ガスで満たすためには、不活性ガスの供給量も１０Ｌ／ｍｉｎ以上に高く保つ必要性があるという結果であった。
【００３５】
また、偏平な噴出ノズルをモールド上面に相対して配置し、両側から不活性ガスを供給しても類似して良好な結果を得た。同じく、不活性ガスの供給量は１０Ｌ／ｍｉｎ以上であった。
【００３６】
続けて、実機レベルに最も近い状態の溶融合金を介する実験に移行した。ここでは、溶融合金を注ぐ時の不活性ガスによる断気の状態を、６０トン規模の溶融合金を鋳込む連続鋳造機のモールドを用いて実験した。原料を電気炉で溶解し、ＡＯＤおよびＶＯＤで精錬した６０トン規模のＮＨ８４０（ＩＮＣＯＬＯＹ８４０相当、ＵＮＳＳ３３４００相当；Ｆｅ−２０ｍａｓｓ％Ｃｒ−２０ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．４ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．４ｍａｓｓ％Ａｌ）の溶融合金とした。手順は冷間と同じく、浸漬ノズルを介してモールドに溶融合金を注ぐ前から、モールドをＡｒでシールし始めた。続けて、タンディッシュのストッパーを開けて、モールドに注湯を開始した。モールドを溶融合金が満たし、モールドパウダーを溶融合金表面に投入するまで、Ａｒシールを続けた。このような手順で３チャージほど繰り返し実験を行った。この一連の実験では、途中でＡｒガス流量を２〜３０００Ｌ／ｍｉｎの間で変化させ、酸素濃度がどのように影響を受けるかについても研究した。
【００３７】
その結果、溶融合金を注ぎ始めても、Ａｒを１００Ｌ／ｍｉｎ以上の供給量で吹き続ければ、酸素濃度１０％以下を達成できる。最終ターゲットの酸素濃度５％以下を達成するには、２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量を必要とすることも判明した。このように、冷間実験の１０Ｌ／ｍｉｎよりも高い供給量を要する理由は、１４００〜１５００℃と高温の溶融合金に曝された時に、気体が膨張して上部の室温の大気と入れ代わる流れが発生するからである。
【００３８】
以上説明したように、本発明は、実験、解析、計算シミュレーションを通して完成されたものであり、具体的には、次の通りである。すなわち、溶融合金を保持するモールドの開口部の一端に不活性ガスを供給するための偏平な噴出スリットを有する噴出ノズルを備え、上記噴出ノズルと相対する位置に上記不活性ガスを吸い込むための偏平な吸込スリットを有する吸込ノズルを備えたことを特徴とする、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置である。または、溶融合金を保持するモールドの開口部の両側に噴出ノズルを設けた型式でもよい。
【００３９】
また、不活性ガスの流量は、１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎに制御すべきである。そして、不活性ガスはＡｒがよい。
【００４０】
上記いずれの型式の場合にても、噴出ノズル、吸込ノズルがモールド中央近傍でそれぞれ２分割されているとより好ましい。
【００４１】
さらに、本発明では、連続鋳造における鋳造開始時の断気方法も提案する。すなわち、連続鋳造開始時に上記シール装置を用いて溶融合金を大気から断気することを特徴とする連続鋳造の鋳造開始時の断気方法である。
【００４２】
以下に、本発明を実施するに際しての数値限定の理由を説明する。本発明は、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であり、ノズルとそれに不活性ガスを供給するための配管から構成されている。このノズルは、先端に行くほど偏平状となっており、その先端は、不活性ガスが噴出するスリットを有する。スリットの高さは、０．５〜１０ｍｍである。
【００４３】
高さが０．５ｍｍ未満では、不活性ガスの流速が高くなってしまい大気を巻き込みやすくなり、目標の酸素濃度を達成できない。また、１０ｍｍを超えて大きいと、ガス流速が低くてシール効果が少ない。そのため、０．５〜１０ｍｍと定めた。好ましくは、幅方向に２分割し、モールド中央にある鋳込みノズルにガス流が当たらないようにすると、加熱されている鋳込みノズルが割れにくくなり、好適である。
【００４４】
不活性ガスの流量は１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎに調節する。１００ｍＬ／ｍｉｎ未満では、高温の溶融合金を注いだ時に、気体が膨張して上部の室温の大気と入れ代わる流れが発生し、断気状態が維持できなくなり酸素濃度が１０％を超えてしまう。２０００Ｌ／ｍｉｎを超えて高い供給量を得るには、設備費用を要するばかりでなく、溶融合金の表面を冷やしてしまい、地金を形成し、最悪ブレークアウトに至らしめる恐れがある。そのため、１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎと定めた。好ましくは、雰囲気の酸素濃度を５％以下に低下させることのできる２００〜２０００Ｌ／ｍｉｎとする。さらに好ましくは、２００〜９００Ｌ／ｍｉｎである。
【００４５】
不活性ガスは、Ａｒ、二酸化炭素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅが挙げられるが、コストやハンドリング性を考慮すると、Ａｒが好ましい実施形態である。また、コストと共に気体の密度を考えると、Ａｒは大気よりも高い密度を持つので、モールドに溜まりやすい。
【００４６】
上記の通り定めたシール装置を、連続鋳造の鋳造開始時に用いて溶融合金を大気から断気すると、溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止できる。
【００４７】
なお、この方法が適用できる合金は、普通鋼、ステンレス鋼、鋳鋼はもちろんのこと、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ基合金、Ｎｉ基超合金など多岐に亘り適用可能である。具体的には、ＮＷ２２０１（９９ｍａｓｓ％Ｎｉ）、ＵＮＳ  Ｓ３３４００（ＩＮＣＯＬＯＹ８４０相当、ＮＨ８４０相当；Ｆｅ−２０ｍａｓｓ％Ｃｒ−２０ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．４ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．４ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＳＵＳ３２１（Ｆｅ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．３ｍａｓｓ％Ｔｉ）、ＮＣＦ８２５（Ｆｅ−４２ ｍａｓｓ％Ｎｉ− ２１．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−３ｍａｓｓ％Ｍｏ−２ｍａｓｓ％Ｃｕ−１ｍａｓｓ％Ｔｉ）、ＮＣＦ６２５（Ｎｉ−２１．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−９ｍａｓｓ％Ｍｏ−３．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−３．６ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ６９０（Ｎｉ‐３０．０ ｍａｓｓ％Ｃｒ‐９．５ ｍａｓｓ％Ｆｅ）、ＮＷ６０２２（ＨａｓｔｅｌｌｏｙＣ−２２：Ｎｉ−２１．３ｍａｓｓ％Ｃｒ−１３．５ｍａｓｓ％Ｍｏ−４ｍａｓｓ％Ｆｅ−３ｍａｓｓ％Ｗ）、ＮＷ０２７６（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ−２７６：Ｎｉ−１５．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−１６ｍａｓｓ％Ｍｏ−５．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−３．８ｍａｓｓ％Ｗ）、ＮＷ４４００（Ｍｏｎｅｌ４００：Ｎｉ−３１．５ ｍａｓｓ％Ｃｕ）、ＮＣＦ６０１（ＩＮＣＯＮＥＬ ６０１： Ｎｉ−２３ｍａｓｓ％Ｃｒ−１４．４ ｍａｓｓ％Ｆｅ −１．４ ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＣＦ６００（ＩＮＣＯＮＥＬ ６００：Ｎｉ−１５．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−７ｍａｓｓ％Ｆｅ）、ＳＵＨ６６０（Ｆｅ−２５ｍａｓｓ％Ｎｉ−１５ｍａｓｓ％Ｃｒ−１．２ｍａｓｓ％Ｍｏ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．２ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＣＦ７１８（Ｎｉ−１８．０ｍａｓｓ％Ｃｒ−３．０ｍａｓｓ％Ｍｏ−１８．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−０．９ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．５ｍａｓｓ％Ａｌ−５．１ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ７５０（Ｎｉ−１５．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−７ ｍａｓｓ％Ｆｅ−２．５ ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．９ ｍａｓｓ％Ａｌ−１．０ ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ８００（３０〜３５ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−Ｆｅ）、ＮＣＦ８００Ｈ（３０〜３５ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−Ｆｅ）、ＮＣＦ８０Ａ（Ｎｉ−１９．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−２．４ ｍａｓｓ％Ｔｉ−１．５ ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＷ６００２（Ｎｉ−２１．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−９ｍａｓｓ％Ｍｏ−１８．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−１．２ｍａｓｓ％Ｃｏ）、ＮＷ５５００（ＭｏｎｅｌＫ５００： Ｎｉ−２９．５ ｍａｓｓ％Ｃｕ−３ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ｍａｓｓ％Ｔｉ）、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ、ＰＢ（パーマロイＢ）、ＰＣ（パーマロイＣ）、Ｆｅ−５０．５％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ−６％Ｃｒ、Ｆｅ−４７％Ｎｉ−６％Ｃｒ等を挙げることができる。
【００４８】
以上説明した本発明のシール装置を合金の連続鋳造の鋳造開始時に用いることで、溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止できるため、鋳造初期の非定常部の歩留まりを改善でき、品質の向上と製造コストの低減に貢献する。
【実施例】
【００４９】
以下に実施例を示して本発明の効果を明確にする。
Ａ．シール装置
実施例で使用したノズルを、図３、図４（ａ）（ｂ）、図５および図６（ａ）（ｂ）に示す。
ｉ）図３および図４（ａ）（ｂ）
連続鋳造装置のモールドの開口部の一端に、偏平な噴出ノズルを設置し、もう一方にこれに相対する偏平な吸込ノズルを設置した。モールド内側は、偏平な不活性ガスの流れが不活性ガスカーテンを形成し、外側と区切られる。吸込ノズルからの排気量は、噴出側からの供給量の０．７〜０．９倍であるので、過剰量の一部は内側に流れ込み、モールド内部を無酸化雰囲気に保つ。図４（ａ）はモールドの全幅に渡るノズルを設置した形態である。図４（ｂ）はモールドの中心にてノズルを２分割した形態である。なお、比較のため、ストレートパイプをモールド内に差し込み、不活性ガスを噴出させた形態のシールも行った。そのストレートパイプの内径は３．１７ｍｍであった。
【００５０】
ｉｉ）図５および図６（ａ）（ｂ）
連続鋳造装置のモールドの開口部の両端に、偏平な噴出ノズルを設置した。モールド内側は、偏平な不活性ガスの流れが不活性ガスカーテンを形成し、外側と区切られる。それぞれの側からの供給量は、合計量を１とした時に、０．２：０．８〜０．５：０．５の範囲で吹込んだ。図６（ａ）はモールドの全幅に渡るノズルを設置した形態である。図６（ｂ）はモールドの中心にてノズルを２分割した形態である。なお、比較のため、ストレートパイプをモールド内に差込み、不活性ガスを噴出させた形態のシールも行った。そのストレートパイプの内径は３．１７ｍｍであった。
【００５１】
Ｂ．連続鋳造
鉄屑、ステンレス屑、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉなどの原料を、６０トン電気炉で溶解し、ＡＯＤおよびＶＯＤの両方または一つを用いて精錬した。取鍋に保持された溶融合金を連続鋳造機にて鋳造した。連続鋳造機は垂直型であり、モールドは銅板製で表面にＮｉメッキを施したものである。モールドのサイズは、１５４×７００〜１５００ｍｍおよび２００×７００〜１５００ｍｍである。スタートセッティング時のモールドの高さは、ダミーバーのセッティングを除いて５００ｍｍである。
【００５２】
表１に示す鋼種でモールドシールを実施した。手順は、浸漬ノズルを介してモールドに溶融合金を注ぐ前から、モールドを不活性ガスでシールし始め、続けて、タンディッシュのストッパーを開けて、モールドに注湯を開始した。モールドを溶融合金が満たし、モールドパウダーを溶融合金表面に投入するまでシールを続けた。なお、不活性ガスは主としてＡｒとしたが、一部では二酸化炭素（ＣＯ２）も使用した。
【００５３】
各項目を以下のように評価し、その評価結果を表１に同時に示した。
・酸素濃度：ジルコニア式酸素濃度計にて測定した。
・ガス流量：流量計にて測定した。
・＃１スラブ研削および切断歩留まり：連続鋳造の鋳造開始時のスラブである＃1スラブを研削した後、浸透探傷試験を行った。異物欠陥によるインジケーションが消え去るまで研削し、歩留りを重量変化から計算した。研削でも除去しきれない場合は、切断するがそれも考慮に入れた。
【００５４】
表１に示すように、本発明の範囲内である発明例は、いずれも酸素濃度が１０ｖｏｌ％以下となり、＃１スラブの歩留まりが９０％以上と良好であった。このように歩留りが良好な理由は、大気との反応により形成される酸化物や窒化物から成る非金属介在物の生成および非金属介在物のスラブ中への巻き込みが抑制されたためである。
【００５５】
なお、発明例および参考例の１〜７は図３の型式を使用した例である。具体的に、発明例１、２、４、５、７は図４（ｂ）の型式を用いて鋳造した結果であり、参考例３、６は図４（ａ）を用いた結果を示している。発明例および参考例の８〜１３は、図５の型式を用いた例である。具体的には、発明例８〜１２は図６（ｂ）を用いた結果であり、参考例１３は図６（ａ）を用いた結果である。 
【００５６】
また、表１から分かるように、モールド全幅に渡りノズルを配している型式を用いた例、すなわち参考例３と６（図４（ａ））および参考例１３（図６（ａ））については、備考欄に記した通り、鋳造自体に支障は来たさなかったものの、浸漬ノズルが冷却されてしまっていた。通常は、浸漬ノズルは予熱されて１０００℃程度に熱せられていて、全体に赤熱しているが、ガスが集中的に当たった部分は、黒ずんでいたのでクラックが入ることもあり得る。そのため、モールド中心近傍で２分割され、ノズルを冷却しない型式がより好ましいことも明確になった。 
【００５７】
一方の比較例は、比較例１はシールなし、比較例２と３はいずれも本発明のシール装置を用いない従来のストレートタイプの配管から直線的に不活性ガスを流し込んだものであり、酸素濃度が下がらなかった。
【００５８】
比較例４〜１１は本発明のシール装置を用いたが、ガス流量が不適切であったために、＃１スラブの歩留りが低くなってしまった。以下に具体的に説明する。比較例４、７、８、１０、１１は、流量が１００Ｌ／ｍｉｎ未満であり低すぎたことから、酸素濃度が１０％を超えて高く、大気との酸化や窒化反応を防止できず、非金属介在物を形成していまい、９０％未満と歩留りの低下をもたらした。比較例５、６、９は逆に流量が高すぎて溶融合金を冷却してしまい、溶融金属表面に凝固物が形成し、それが巻き込まれたと同時に浸漬ノズルも冷却してしまい、初期の出湯も困難であった。そのため、これらの比較例は＃１スラブの歩留まりが９０％未満と低くなってしまった。
【００５９】
連続鋳造の鋳造開始時のスラブである＃１スラブを、鋳造方向に垂直な断面で切断し、浸透探傷試験を行った時のスラブ断面の画像を図７および８に示す。鋳造鋼種はＳＵＳ３２１であり、スラブの採取位置は、ダミーバーと接している面から４５０ｍｍの部分に位置しており、まさしく鋳造開始地点である。図７は本シール装置を用いずに鋳造した比較例２の＃１スラブ断面である。図８は本シール装置を用いて鋳造した発明例４の＃１スラブ断面である。
【００６０】
図７では、外縁部の染色部分、すなわち非金属介在物が多く見られるのに対し、図８のスラブでは、これが大幅に低減されていることが分かる。なお、各写真中央部の染色については、製品に無害な大きさのセンターポロシティーであるので、比較は外縁部の染色部についてのみ行えばよい。
【００６１】
また、発明例５において、シール開始からの時間経過と、モールド内の酸素濃度との関係を表すグラフを図９に示す。このグラフから明らかに、本発明のシール装置を用いれば、酸素濃度は速やかに低減し、注湯開始前に酸素濃度５％未満である４％を実現することができた。さらに、注湯開始後もその低濃度を維持することができて好適である。
【００６２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６３】
非金属介在物性欠陥を防止し、鋳造合金の歩留まりおよび品質を向上させ、さらに製造コストの低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本願発明における連続鋳造機を示す模式図である。
【図２】タンディッシュ部分とモールド部分の拡大図である。
【図３】本発明のシール装置の一実施形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、噴出ノズルと吸込ノズルをモールドの全幅に亘って設けた形態の平面図であって、かつ図３において上方（方向Ｂ）から見た図であり、（ｂ）は、噴出ノズルと吸込ノズルをモールドの全幅に亘って設けるとともに中央近傍で２分割した形態の平面図であって、かつ図３において上方（方向Ｂ）から見た図である。
【図５】本発明のシール装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、噴出ノズルをモールドの全幅に亘って設けた形態の平面図であって、かつ図５において上方（方向Ｂ）から見た図であり、（ｂ）は、噴出ノズルをモールドの全幅に亘って設けるとともに中央近傍で２分割した形態の平面図であって、かつ図５において上方（方向Ｃ）から見た図である。
【図７】従来の方法で作製したスラブ断面の浸透探傷試験結果を示す写真である。
【図８】本発明の方法で作製したスラブ断面の浸透探傷試験結果を示す写真である。
【図９】本発明におけるシール開始からの経過時間とモールド内酸素濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
Ｃ    連続鋳造機
１０    取鍋
１１    タンディッシュ
１２    浸漬ノズル
１３    吐出孔
１４    ストッパー
１５    モールド
１６    シール材
１７    スプレー冷却帯
１８    ピンチロール
１９    トーチ
２０    溶融合金
２１    スラブ
２２    ダミーバー
３１    噴出ノズル
３２    吸込ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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